北部灣海域中小型散貨船抗風(fēng)能力分析

李國(guó)寅 孫夏云

隨著北部灣經(jīng)濟(jì)圈的活躍，該地區(qū)航運(yùn)業(yè)得到了持續(xù)的發(fā)展，大量船舶頻繁地進(jìn)出北部灣各個(gè)港口，而這些船舶以中小型散貨船居多。海上復(fù)雜多變的天氣條件時(shí)刻威脅著航行的船舶，由大風(fēng)浪造成的船舶事故時(shí)有發(fā)生，其中絕大多數(shù)船舶類型為3 000 總噸以下的中小型散貨船。因此，十分有必要對(duì)北部灣海域中小型散貨船抗風(fēng)能力進(jìn)行安全評(píng)估分析。

一、風(fēng)級(jí)的劃分

風(fēng)是表示空氣水平運(yùn)動(dòng)的物理量。級(jí)是風(fēng)力等級(jí)的簡(jiǎn)稱，用以表示風(fēng)強(qiáng)度。根據(jù)我國(guó)風(fēng)力等級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以標(biāo)準(zhǔn)氣象觀測(cè)場(chǎng)10米高處的風(fēng)速大小將風(fēng)力等級(jí)劃分為18個(gè)等級(jí)[1]，詳見表1。

二、大風(fēng)天氣對(duì)散貨船航行安全的影響

（一）大風(fēng)對(duì)船體的影響

船舶在大風(fēng)中航行時(shí)，船體會(huì)受到大風(fēng)的壓力和海浪的拍打、沖擊。風(fēng)壓、浪擊使船體不同部位承受外有應(yīng)力，同時(shí)貨物、設(shè)備移位及形成的自由液面會(huì)對(duì)船體內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。船體的結(jié)構(gòu)受損時(shí)，破艙、進(jìn)水等險(xiǎn)情的發(fā)生就不可避免了。

表1 風(fēng)級(jí)

（二）大風(fēng)天氣對(duì)船舶設(shè)備的影響

船舶在大風(fēng)中航行時(shí)，由于波浪的阻力增大，船舶的主機(jī)很容易進(jìn)入超負(fù)荷工作狀態(tài)，各個(gè)機(jī)電設(shè)備負(fù)荷也隨之增大，同時(shí)伴隨船舶的前后搖晃、左右顛簸，船上各種設(shè)備可能受損。船舶在大風(fēng)中航行時(shí)，甲板上浪嚴(yán)重，船體受到波浪劇烈沖擊和甲板上涌浪的影響，常用的機(jī)械設(shè)備易受損，甲板上未綁扎系固好的機(jī)械設(shè)備更可能會(huì)被涌浪沖走，給船舶航行安全造成難以預(yù)料的威脅。

（三）大風(fēng)天氣對(duì)貨物的影響

散貨船裝載的貨物絕大多數(shù)為散裝貨物，而散裝貨物大都具有流動(dòng)性，在船舶左右搖晃、前后顛簸劇烈搖擺時(shí)，貨物會(huì)在一定程度上產(chǎn)生流動(dòng)現(xiàn)象，特別是易流態(tài)貨物，貨物流態(tài)化后更導(dǎo)致船舶的穩(wěn)性降低，當(dāng)艙內(nèi)進(jìn)水后，艙內(nèi)貨物的移動(dòng)甚至?xí)?dǎo)致船舶傾覆。散貨船載運(yùn)件雜貨時(shí)，如果所裝貨件未采取任何綁扎固定措施，且貨件與貨件之間、貨件與艙壁之間未填塞必要足夠的襯墊物，船舶受到大風(fēng)影響劇烈搖擺、振蕩后，貨物發(fā)生移位會(huì)造成貨件與貨件之間擠壓、撞擊，以及貨件與艙壁碰撞，導(dǎo)致貨物移位、船體受損，影響船舶航行安全。

（四）大風(fēng)浪對(duì)船員的影響

船舶在大風(fēng)中航行時(shí)，左右搖晃，前后顛簸，劇烈搖擺，會(huì)使人產(chǎn)生暈船的感覺。如造成過(guò)大的動(dòng)傾角，還會(huì)影響人的運(yùn)動(dòng)能力，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)降低船上工作人員的反應(yīng)及應(yīng)變能力，從而誘發(fā)事故。

三、理想狀態(tài)下的解析

《2008年國(guó)際完整穩(wěn)性規(guī)則》中明確了每一船舶承受橫風(fēng)和橫搖的綜合效應(yīng)的能力，是按照每種標(biāo)準(zhǔn)裝載狀況進(jìn)行證實(shí)的。但由于每艘船舶的實(shí)際參數(shù)并不一致，其每種標(biāo)準(zhǔn)裝載狀況也不一樣，這就導(dǎo)致針對(duì)不同的國(guó)際航行散貨船目前尚不存在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的理想解析。

國(guó)內(nèi)的船舶檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)目前僅在客船、客渡船、滾裝客船上明確檢驗(yàn)出船舶的抗風(fēng)等級(jí)，其余船舶的抗風(fēng)等級(jí)是沒有明確標(biāo)注的。3 000總噸以下的國(guó)內(nèi)航行散貨船均為沿海航區(qū)船舶，依據(jù)《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》等法規(guī)中的數(shù)學(xué)模型，再通過(guò)航區(qū)、風(fēng)類、風(fēng)速梯度及氣象衡準(zhǔn)等一系列的修正換算，可進(jìn)行數(shù)學(xué)解析如下：

（一）風(fēng)壓與風(fēng)速的關(guān)系

《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》中風(fēng)壓與風(fēng)速的關(guān)系仍然使用空氣動(dòng)力學(xué)的公式，只是附加了對(duì)船舶形狀的修正系數(shù)，使之成為：

其中：P為風(fēng)壓，kg/m2；Cs為船舶形狀修正系數(shù)，一般取Cs=1.2；ρ為空氣的密度，取15 ℃的ρ=0.125 1 kgs2/m4；V為風(fēng)速，m/s。

將確定的參數(shù)值代入式（1）并更換風(fēng)壓?jiǎn)挝?，其風(fēng)壓與風(fēng)速的關(guān)系可以簡(jiǎn)化成：

由式（2）可以得到：

（二）風(fēng)壓、風(fēng)速及風(fēng)速梯度的關(guān)系

《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》中所設(shè)定的風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)P，其大小根據(jù)航區(qū)以及船舶受風(fēng)面積中心距離海平面的高度而定，其中風(fēng)壓中心是距離海面高6米的，沿海航區(qū)風(fēng)壓為356帕。而《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》中風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)Vt是以距離海平面6米高處的突風(fēng)風(fēng)速作為標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)可以由《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》中設(shè)定的風(fēng)壓進(jìn)行反推，即可求出《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》中各航區(qū)所設(shè)定的風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)Vt為22.0米/秒。

即使同一類航區(qū)，隨著風(fēng)壓中心高度的變化，風(fēng)壓取值也不盡相同。這是因?yàn)榭諝馐丘ば粤黧w，在同一時(shí)間內(nèi)，不同高度處空氣流動(dòng)的速度并不相等，風(fēng)速沿垂向分布呈現(xiàn)梯度變化，其梯度分布系數(shù)ki為：

其中：Vi為距海平面不同高度處的突風(fēng)風(fēng)速，m/s；Vt為《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》設(shè)定的距離海平面6米高處標(biāo)準(zhǔn)的突風(fēng)風(fēng)速，m/s。

將式（4）中的風(fēng)速Vi、Vt用式（3）的形式代入，可以進(jìn)一步導(dǎo)出：

其中：Pi為沿海航區(qū)不同高度處的風(fēng)壓；P6.0為沿海航區(qū)距離海面6米高處的風(fēng)壓。

用式（5）可以反推出《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》所采用的風(fēng)速梯度分布系數(shù)，見表2。

表2 《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》所采用的風(fēng)速梯度分布系數(shù)

（三）標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速與天氣預(yù)報(bào)風(fēng)速、風(fēng)級(jí)的關(guān)系

氣象臺(tái)是以蒲福風(fēng)級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行海上風(fēng)級(jí)預(yù)報(bào)的，風(fēng)級(jí)N=10（logV+0.778）/1.5，V為海平面以上10米高處的平均風(fēng)速。

由于天氣預(yù)報(bào)的陣風(fēng)風(fēng)速是距離海平面10米高的突風(fēng)風(fēng)速Vz，由表2風(fēng)速梯度分布系數(shù)可以推算出天氣預(yù)報(bào)陣風(fēng)風(fēng)速Vz為：22.0×1.017=22.3米/秒[3]。

而目前我國(guó)天氣預(yù)報(bào)的風(fēng)級(jí)與風(fēng)速的關(guān)系見表1，將沿海航區(qū)所對(duì)應(yīng)的陣風(fēng)風(fēng)速Vz，通過(guò)用公式換算及對(duì)天氣預(yù)報(bào)風(fēng)級(jí)的最大風(fēng)速進(jìn)行插值，可以得出滿足《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》穩(wěn)性的船舶可抗天氣預(yù)報(bào)陣風(fēng)的風(fēng)級(jí)，如表3所示。

表3 滿足《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》穩(wěn)性的船舶可抗天氣預(yù)報(bào)陣風(fēng)的風(fēng)級(jí)

（四）注意事項(xiàng)

該預(yù)報(bào)只能針對(duì)滿足《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》的船舶，對(duì)于滿足其他穩(wěn)性規(guī)則的船舶不適用。而且對(duì)于穩(wěn)性滿足《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》的船舶，不再考慮氣象衡準(zhǔn)數(shù)K的大小而籠統(tǒng)進(jìn)行的解析。這是《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》等法規(guī)中數(shù)學(xué)模型對(duì)沿海航區(qū)的船舶預(yù)先設(shè)定的可抗陣風(fēng)的風(fēng)級(jí)，是解析值的結(jié)果，雖然理論上可抗上述陣風(fēng)級(jí)別，但在氣象條件比較復(fù)雜的海況下，實(shí)船的穩(wěn)性安全仍需考慮更多其他因素。

四、目前存在的問題

在海事實(shí)際監(jiān)管工作中，我們發(fā)現(xiàn)中小型船舶在5～7級(jí)風(fēng)天氣下發(fā)生碰撞、擱淺等小事故屢見不鮮，嚴(yán)重時(shí)船舶側(cè)翻、沉沒等一般等級(jí)以上事故也時(shí)有發(fā)生，分析發(fā)現(xiàn)主要有以下幾個(gè)方面原因。

（一）人為因素

1.船員的素質(zhì)參差不齊

現(xiàn)有中小型散貨船舶的船員大多來(lái)自經(jīng)濟(jì)比較落后的地區(qū)，船員教育水平較低，加之船上的特殊環(huán)境，學(xué)習(xí)氛圍不夠，后天的學(xué)習(xí)跟不上，船員素質(zhì)逐漸降低。另外，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，船員工資也就不顯得十分有吸引力了，優(yōu)秀船員脫離船員崗位，低水平船員未見減少，相對(duì)而言水平較差但是可以接受較低工資的船員的比例增大，導(dǎo)致船員素質(zhì)整體下滑。

2.船員的安全觀念淡薄

船員素質(zhì)差，就容易工作責(zé)任心不強(qiáng)、安全觀念淡薄。在實(shí)際航行中，船員中存在不遵守操作規(guī)程，不落實(shí)安全防范措施，不按照規(guī)定航速行駛，不按照避碰規(guī)則避讓，在惡劣氣象情況下罔顧安全、冒險(xiǎn)開航的現(xiàn)象。這些都容易導(dǎo)致海上交通事故的發(fā)生[4]。

3.船長(zhǎng)的權(quán)利缺失

中小型沿海航行貨船隱形登記行為普遍存在。大量隱形登記船舶使船舶的安全和防污染管理實(shí)質(zhì)上是由船東進(jìn)行操作。船東越權(quán)指揮，導(dǎo)致公司的體系執(zhí)行不到位，公司的各項(xiàng)安全管理制度無(wú)法在掛靠經(jīng)營(yíng)管理的船舶上得到實(shí)際落實(shí)。船長(zhǎng)不能行使管理級(jí)人員的權(quán)利，而僅僅是作為一個(gè)打工仔存在。

（二）船舶因素

1.船舶情況相對(duì)較差

與萬(wàn)噸級(jí)以上的大型船舶相比較，大部分中小型散貨船船況較差，會(huì)在消防、救生、通信、防污染、信號(hào)設(shè)備及結(jié)構(gòu)密性上出現(xiàn)諸多缺陷。很多公司在目前航運(yùn)市場(chǎng)不景氣的情況下，不能保障正常的船舶安全投入，直接體現(xiàn)為船舶維護(hù)保養(yǎng)經(jīng)費(fèi)縮水，日常不按計(jì)劃進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

2.配員不足

船員工資占據(jù)了相當(dāng)大一部分船舶營(yíng)運(yùn)成本。在海運(yùn)運(yùn)費(fèi)低迷時(shí)期，為降低營(yíng)運(yùn)成本，中小型散貨船可能會(huì)在船員身上打主意。部分船舶存在配員數(shù)量未達(dá)到最低安全要求、人證不符、船員證書失效等現(xiàn)象。一旦船舶配員不足，船員的身體健康狀況、精神狀況、休息情況就有可能得不到保障，思維和判斷能力受到影響，容易誘發(fā)事故[5]。

3.船舶應(yīng)急準(zhǔn)備不足

船舶日常沒有按要求開展應(yīng)急演練，應(yīng)急處置能力差。一旦遇到實(shí)際風(fēng)力大于預(yù)報(bào)風(fēng)力時(shí)，就會(huì)發(fā)生船長(zhǎng)對(duì)緊迫局面估計(jì)不足、船員準(zhǔn)備不足、船舶未采取特別防范措施等現(xiàn)象，容易導(dǎo)致事故。

（三）環(huán)境因素

目前，全世界各氣象機(jī)構(gòu)都不能保證所預(yù)報(bào)天氣100%準(zhǔn)確。海上大風(fēng)的起止時(shí)間、實(shí)際風(fēng)浪情況有時(shí)不能保證足夠精確，一旦發(fā)生實(shí)際風(fēng)力遠(yuǎn)大于預(yù)報(bào)風(fēng)力而船舶未有足夠準(zhǔn)備的情況，船舶就會(huì)面臨很大的危險(xiǎn)。

（四）航運(yùn)公司管理

1.航運(yùn)公司對(duì)安全管理不到位

通過(guò)建立安全管理體系，航運(yùn)公司在船舶管理、船員管理等方面都作出了明確的規(guī)定，但中小型船舶公司限于管理資金少、管理人員人手少，實(shí)際執(zhí)行與體系相比往往存在“兩張皮”現(xiàn)象。部分船舶為掛靠公司管理，船東與船公司簽訂的“委托經(jīng)營(yíng)合同”有時(shí)只是一紙空文，一些公司“代而不管”，加上有的船舶長(zhǎng)期在外經(jīng)營(yíng)，“代而管不了”，航運(yùn)公司安全管理不到位問題突出。

2.船岸溝通不暢

公司的安全管理落腳點(diǎn)在船舶，要想達(dá)到科學(xué)地組織、指揮、協(xié)調(diào)和管控船舶，就必須持續(xù)保持良好的船岸溝通。許多中小型船舶得不到足夠的岸基支持，甚至很多船長(zhǎng)、輪機(jī)長(zhǎng)并不知道公司海務(wù)、機(jī)務(wù)的聯(lián)系方式，船舶和岸基缺乏溝通聯(lián)系，安全管理沒有形成合力。

五、安全評(píng)估分析

國(guó)際上，《2008年國(guó)際完整穩(wěn)性規(guī)則》中關(guān)于綜合效應(yīng)是按照每種標(biāo)準(zhǔn)裝載狀況進(jìn)行驗(yàn)證的，由于每艘船舶的實(shí)際參數(shù)并不一致，其每種標(biāo)準(zhǔn)裝載狀況也就會(huì)不一樣，這就導(dǎo)致針對(duì)不同的國(guó)際航行散貨船目前尚不存在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的理想解析。

國(guó)內(nèi)的船舶檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)目前僅在客船、客渡船、滾裝客船上明確檢驗(yàn)出船舶的抗風(fēng)等級(jí)，其余船舶的抗風(fēng)等級(jí)是沒有明確標(biāo)注的。理想狀態(tài)下的解析中，國(guó)內(nèi)航行中小型散貨船均為沿海航區(qū)船舶，依據(jù)《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》等法規(guī)中的數(shù)學(xué)模型，再通過(guò)航區(qū)、風(fēng)類、風(fēng)速梯度及氣象衡準(zhǔn)等一系列的修正換算，在不考慮氣象衡準(zhǔn)數(shù)K的大小的前提下，可解析得到國(guó)內(nèi)航行中小型散貨船可抗天氣預(yù)報(bào)風(fēng)力8級(jí)。但受目前國(guó)內(nèi)航行中小型散貨船舶普遍存在的人、船、環(huán)境、管理方面的問題影響，其理想狀態(tài)是很難達(dá)到的，直言其抗風(fēng)等級(jí)有8級(jí)也是不合適的。本文計(jì)算的中小型散貨船抗風(fēng)等級(jí)也只能供船長(zhǎng)參考，實(shí)船的安全更需要依靠船長(zhǎng)對(duì)實(shí)際的準(zhǔn)確判斷以及良好的航海技藝來(lái)保障。